Autonomiczne ciągniki: Rewolucja w rolnictwie bez operatora

Wprowadzenie do autonomicznych ciągników

Branża rolnicza nieustannie się rozwija, a wpływ na to ma technologia, która oferuje coraz większe możliwości. Dla niektórych nowatorską maszyną wciąż może być ciągnik wyposażony w kabinę, podczas gdy w wielu krajach na całym świecie trwają prace nad wyprodukowaniem całkowicie autonomicznego, innowacyjnego traktora. Maszyna taka niewątpliwie będzie miała mnóstwo zalet, jednak czy będzie w stanie zastąpić tradycyjne ciągniki?

Koncepcja autonomicznego ciągnika nie jest fikcją: najbardziej znani producenci sprzętu rolniczego przedstawili już bowiem pierwsze prototypy maszyny tego typu. Jej działanie opiera się na pracy bez operatora. Wysoce zautomatyzowany ciągnik rolniczy pozwoli na zwiększenie możliwości kontroli maszyn, poprawienie wydajności i efektywności pracy oraz zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych.

Prototypy i wizje przyszłości

Prototypy oraz zapowiedzi autonomicznych ciągników zrzeszyły wokół siebie zarówno grono fanów, jak i przeciwników. Zwolennicy tradycyjnych rozwiązań uważają, że sztuczna inteligencja oraz możliwość zdalnego kierowania pojazdem nie zapewnią tak dobrej kontroli, jaką jest realna obecność operatora w maszynie. Jedno jest pewne: ciągniki autonomiczne mogą stanowić prawdziwą innowację, która raz na zawsze odmieni charakter rolnictwa. Jest to bowiem sposób na umożliwienie sprawniejszej pracy poprzez swobodne wykonywanie najróżniejszych manipulacji maszyną lub kierowanie całą flotą - a wszystko to z pozycji wygodnego fotela w biurze.

John Deere 8R - autonomiczny traktor w praktyce

John Deere zaprezentował podczas targów branży elektronicznej i najnowszych technologii CES 2022 w Las Vegas ciągnik pracujący w pełni autonomicznie. Technologia ciągnika autonomicznego pracującego jak robot samodzielnie bez udziału człowieka nie jest nowością i o takich rozwiązaniach pisaliśmy już wielokrotnie. Kilku producentów, a może już nawet kilkunastu potrafi taki traktor zmontować. Jak produkcja na dużą skalę, to najlepiej na bazie traktora, który obecnie opuszcza fabryczne linie montażowe. Właśnie tak zrobił John Deere i tradycyjny model traktora serii 8R dostosował do pracy autonomicznej.

Dla inżynierów amerykańskiej marki nie było to trudne. Nie od dzisiaj wiadomo, że automatyka skrętu John Deere AutoTrac pozwala na automatyczne kierowanie ciągnika (bez dotykania kierownicy) nawet na uwrociach. Wystarczyło dopracować bezpieczeństwo tego systemu i powstał ciągnik autonomiczny wykonujący pracę z dokładnością wynoszącą przynajmniej 2,5 cm.

Zaawansowane systemy bezpieczeństwa i nawigacji

Autonomiczny ciągnik John Deere 8R ma 6 par kamer stereo 3D, które umożliwiają wykrywanie przeszkód w zakresie 360 stopni oraz kalkulowanie odległości, w jakiej się one znajdują. Obrazy z kamer trafiają do tzw. głębokiej sieci neuronowej. Nazwa nie jest przypadkowa, bo odnosi się do rzeczywistego systemu nerwowego organizmu. W ciągniku autonomicznym klasyfikuje ono każdy piksel z obrazów kamer w czasie około 100 milisekund i można powiedzieć w mgnieniu oka decyduje, czy traktor może kontynuować pracę. Jeżeli pojawi się przeszkoda, to ciągnik się zatrzyma.

Ponadto autonomiczny John Deere 8R nieustannie określa swoją pozycję względem wirtualnej granicy pola, czyli kontroluje, czy pracuje na właściwym obszarze. Warto dodać, że na bazie głębokiej sieci neuronowej działa również sztuczna inteligencja (ang. AI).

Zdalne zarządzanie i konfiguracja

John Deere podaje, że jego ciągnik autonomiczny przeznaczony jest do prac polowych i nie może przemieszczać się po drodze samodzielnie. Należy przetransportować go na pole, co nie jest trudne, bo to nadal tradycyjny traktor z kabiną, fotelem operatora i kierownicą. Zanim ciągnik autonomiczny rozpocznie daną pracę, trzeba go do niej skonfigurować. Wystarczy dostęp do systemu John Deere Operations Center Mobile, w którym użytkownik może również uruchomić ciągnik poprzez zwykłe przeciągnięcie palcem na ekranie swojego telefonu komórkowego.

W czasie pracy traktora-robota rolnik może zająć się inną pracą. John Deere Operations Center Mobile pozwala również na dostęp do zdjęć, filmów i danych w czasie rzeczywistym oraz pozwala dostosować odpowiednią prędkość pracy maszyny zagregowanej z ciągnikiem autonomicznym oraz zmienić jej parametry robocze sterowane hydraulicznie.

Ciągniki bezzałogowe - przyszłość rolnictwa precyzyjnego

Krajobraz rolniczy przechodzi głęboką transformację, napędzaną koniecznością zaspokojenia potrzeb rosnącej populacji światowej przy jednoczesnej optymalizacji wykorzystania zasobów. W tym kontekście ciągniki bezzałogowe stanowią kluczowy postęp, oferując zaawansowane rozwiązanie zwiększające produktywność, obniżające koszty operacyjne i promujące zrównoważone praktyki rolnicze.

Ciągniki bezzałogowe do rolnictwa precyzyjnego firmy Driver zostały zaprojektowane tak, aby zrewolucjonizować nowoczesne operacje rolnicze. Wykorzystując najnowocześniejszą robotykę i sztuczną inteligencję, systemy te zapewniają niezrównaną precyzję, wydajność i produktywność w szerokim zakresie zadań rolniczych.

Spektrum autonomii i bezpieczeństwo

Ciągniki bezzałogowe oferują spektrum autonomii operacyjnej, od pełnej autonomii, gdzie maszyny działają całkowicie bez obecności człowieka w kabinie podczas określonych zadań, po operacje nadzorowane. W trybach nadzorowanych jeden operator może zdalnie monitorować i zarządzać wieloma ciągnikami, lub jednostka autonomiczna może podążać za prowadzącym ciągnikiem z operatorem, wykorzystując technologię „follow me”, maksymalizując czas pracy i elastyczność operacyjną.

Precyzja jest podstawą tych systemów, osiąganą dzięki zaawansowanym technologiom naprowadzania i nawigacji. Integrują one kompleksowy zestaw czujników, w tym GPS, LiDAR, kamery stereoskopowe, radar, komunikację komórkową, systemy nawigacji inercyjnej (INS) i sygnały satelitarne Beidou. Bezpieczeństwo jest najważniejsze, a ciągniki bezzałogowe są wyposażone w kompleksowe systemy wykrywania i unikania przeszkód. Wiele czujników, w tym kamery (zapewniające widok 360 stopni), radar, LiDAR i radar podczerwieni, stale skanuje otoczenie w poszukiwaniu ludzi, zwierząt i obiektów na drodze ciągnika.

Zdalna kontrola i optymalizacja zasobów

Operatorzy zachowują pełną kontrolę i nadzór dzięki możliwościom zdalnego monitorowania i sterowania. Rolnicy mogą zarządzać operacjami ciągnika ze centralnej stacji kontroli, smartfona lub tabletu, otrzymując dane i alerty w czasie rzeczywistym. Te autonomiczne systemy znacząco optymalizują wykorzystanie zasobów. Poprzez zwiększenie dokładności i spójności w zadaniach takich jak siew, nawożenie i opryski, prowadzą do mierzalnych korzyści, takich jak zmniejszone zużycie paliwa (do 30%), zminimalizowane użycie nawozów i pestycydów oraz zoptymalizowane rozmieszczenie nasion.

Zastosowania i wartość biznesowa autonomicznych ciągników

Ciągniki bezzałogowe to wszechstronne narzędzia, które można wykorzystać w szerokim zakresie zadań rolniczych, znacząco zwiększając wydajność i precyzję. Są one szeroko stosowane do uprawy i przygotowania gleby, zapewniając spójną głębokość i pokrycie na dużych polach, co jest kluczowe dla optymalnych warunków dla siewu. W zastosowaniach oprysków, ciągniki bezzałogowe minimalizują dryf chemikaliów i zmniejszają narażenie pracowników na substancje niebezpieczne poprzez precyzyjne celowanie w obszary na podstawie receptur polowych i identyfikacji roślin w czasie rzeczywistym. Odgrywają one również kluczową rolę w operacjach zbiorów, szczególnie w dużych gospodarstwach, umożliwiając ciągłe cykle pracy bez zmęczenia operatora i pozwalając na efektywne przenoszenie ziarna za pomocą autonomicznych wozów zbożowych.

Korzyści ekonomiczne i ekologiczne

Ciągniki bezzałogowe dostarczają rolnikom znaczącą wartość biznesową, rozwiązując kluczowe wyzwania nowoczesnego rolnictwa. Oferują znaczące oszczędności czasu, umożliwiając pracę w polu 24/7, pozwalając rolnikom na maksymalizację produktywności w optymalnych oknach siewu i zbiorów oraz redukując czas przestoju. Redukcja kosztów to kolejna główna korzyść, głównie dzięki drastycznemu zmniejszeniu kosztów pracy, z niektórymi raportami wskazującymi na redukcję do 50%. Ponadto precyzja oferowana przez te systemy optymalizuje wykorzystanie drogich nakładów, takich jak paliwo (redukcja do 30%), nawozy i pestycydy, minimalizując odpady i prowadząc do znaczących oszczędności finansowych.

Z perspektywy zrównoważonego rozwoju, przyjęcie modeli elektrycznych i zasilanych ogniwami paliwowymi wodorowymi oferuje opcje rolnictwa bezemisyjnego. Możliwość wykorzystania mniejszych, lżejszych ciągników autonomicznych w „koncepcji roju” pomaga również zmniejszyć zagęszczenie gleby, zachowując jej zdrowie.

Integracja i rozwój technologii

Ciągniki bezzałogowe są zaprojektowane do płynnej integracji z istniejącymi operacjami rolniczymi i ekosystemami inteligentnego rolnictwa. Wykorzystują standardowe protokoły komunikacyjne, takie jak systemy magistrali CAN, do interakcji z układami kierowniczymi, zasilającymi i hydraulicznymi ciągnika, umożliwiając precyzyjne sterowanie narzędziami. Systemy są często integrowane z chmurowym oprogramowaniem do zarządzania gospodarstwem i platformami analityki danych, takimi jak John Deere Operations Center. Ta łączność umożliwia wymianę danych w czasie rzeczywistym, zdalne monitorowanie i możliwość wykonywania receptur polowych oraz zbierania cennych danych agronomicznych do podejmowania świadomych decyzji.

Ciągniki bezzałogowe wykorzystują zaawansowany zestaw czujników, w tym GPS, LiDAR, radar i kamery, do precyzyjnej nawigacji i wykrywania przeszkód. Typowy zwrot z inwestycji (ROI) dla ciągników bezzałogowych wynika ze znaczącej redukcji kosztów pracy (do 50%), zoptymalizowanego wykorzystania zasobów (paliwo, nawozy, pestycydy) i zwiększonej wydajności operacyjnej dzięki możliwościom pracy 24/7.

Modernizacja istniejących maszyn

Innowacyjny projekt autonomicznego ciągnika zaprezentowała chińska agencja prasowa Xinhua. Agencja nie podaje rozmiarów ciągnika, ale jak widać na zdjęciach jest on niewiele większy od auta osobowego. Nie posiada też kabiny dla kierowcy lub w przypadku autonomicznego pojazdu - operatora. Z filmu można się dowiedzieć, iż chiński ciągnik korzysta z nowoczesnej transmisji danych poprzez sieć 5G. Dzięki tej technologii pojazd ET504-H i otaczające go środowisko pracy są monitorowane w czasie rzeczywistym, co skutecznie poprawia niezawodność działania.

W tym ciągniku kluczowy jest bowiem napęd. Zaprezentowany przez państwowy National Institute of Agro-machinery Innovation and Creation (CHIAIC) posiada akumulator litowy, a także wykorzystuje paliwo wodorowe. Bez obciążenia, pojazd działa na ogniwach wodorowych, natomiast przy zwiększonym obciążeniu działanie silnika wspiera bateria elektryczna.

Choć chiński traktor wydaje się pierwszym na świecie z napędem wodorowym oraz wykorzystującym sieć 5G to nie jest pierwszym tego typu pojazdem autonomicznym. Pierwsze automatyczne ciągniki to lata 60. XX wieku. Z kolei skuteczne próby wykorzystania autonomii w maszynach rolniczych w tym ciągnikach prowadził amerykański i światowy producent maszyn, firma John Deere. W kolejnych latach zarówno John Deere wypuszczał jeszcze bardziej zaawansowane prototypy swoich autonomicznych maszyn, jak również robili to inni producenci.

Nowatorskie podejście inżynierów z Instytutu Fraunhofera w Ilmenau w Turyngii pozwala rolnikom wykorzystać ich obecne maszyny, zamiast inwestować w drogie nowe modele. Kluczowym elementem jest tu opracowana przez nich kompaktowa jednostka sterująca montowana na dachu pojazdu. Ta niewielka, kompaktowa jednostka może bezpośrednio ingerować w magistralę CAN ciągnika i w ten sposób np. sterować jego pracą. Łączy ona funkcje zasilania, nawigacji, komunikacji i czujników. Dzięki temu możliwe jest precyzyjne sterowanie ciągnikiem właściwie z dowolnego miejsca.

Wyzwania i regulacje prawne

Na polskim rynku trudno o informacje na temat producentów, którzy zdecydowaliby się wdrożyć autonomiczne ciągniki. Przynajmniej na razie. Natomiast coraz śmielej podchodzą do tej technologii twórcy maszyn sadowniczych. Wrocławski Agribot od 6 lat buduje autonomicznego robota sadowniczego, który będzie mógł za człowieka wykonywać wszelkie prace w sadach czy winnicach. Dotyczy to zarówno oprysków, ich odpowiedniego dozowania czy przycinania drzew. Nad podobnym robotem pracuje też spółka Skycrops z Gliwic.

Jeszcze niedawno autonomiczny ciągnik w polu kojarzył się raczej z prezentacją na targach niż z codzienną pracą gospodarstwa. Dziś sytuacja zaczyna się powoli zmieniać, choć oczywiście przykładów praktycznych nie ma wiele. Roboty polowe pojawiają się w ofercie, a producenci maszyn krok po kroku przygotowują sprzęt do pracy bez operatora. Pierwsze doświadczenia pokazują, że autonomiczne rolnictwo nie polega wyłącznie na zastąpieniu ciągnika robotem. To cały system powiązanych technologii. Obejmuje maszyny, czujniki, komunikację między urządzeniami, zarządzanie zadaniami oraz systemy bezpieczeństwa.

Wbrew pozorom najważniejszym elementem autonomicznego zestawu nie jest sam ciągnik. Równie ważne staje się narzędzie, które pracuje w glebie. W klasycznej pracy operator obserwuje maszynę i reaguje na każdą awarię. W praktyce chodzi o dość proste rozwiązania. Czujniki prędkości obrotowej potrafią wykryć zatrzymanie wału roboczego. Czujniki wibracji sygnalizują złamany ząb w kultywatorze. W siewnikach stosuje się sensory kontrolujące przepływ nasion. Producenci zaczynają integrować takie rozwiązania w swoich narzędziach. Przykładem jest pakiet czujników AutoTill w kultywatorach Amazone czy system iQblue rozwijany przez Lemkena.

Drugim fundamentem autonomii jest komunikacja pomiędzy ciągnikiem a narzędziem. Wspólnym językiem dla większości nowoczesnych maszyn jest dziś standard ISOBUS. To właśnie ISOBUS umożliwia powstanie funkcji takich jak TIM, czyli Tractor Implement Management. W tym rozwiązaniu to narzędzie steruje ciągnikiem. Dobrym przykładem jest prasa rolująca. System TIM może dostosować prędkość jazdy do gęstości pokosu, zatrzymać zestaw w momencie owijania beli i ponownie uruchomić pracę. Z punktu widzenia operatora to wygoda.

Autonomiczna maszyna musi wiedzieć nie tylko jak pracować, ale również gdzie pracować. W nowoczesnych gospodarstwach coraz częściej wykorzystuje się platformy cyfrowe, które planują przejazdy i zapisują dane z pola. Przykładem jest system Kverneland Sync połączony z platformą IsoMatch FarmCentre. W takim układzie rolnik nie siedzi już w kabinie.

Najbardziej widocznym symbolem autonomicznego rolnictwa są oczywiście roboty polowe. Jednym z najbardziej zaawansowanych przykładów jest AgBot firmy AgXeed. Jednak autonomia nie zawsze oznacza całkowicie nową konstrukcję. Wiele nowoczesnych ciągników ma już elektroniczne sterowanie, automatyczne prowadzenie GPS oraz możliwość pracy według zaprogramowanej trasy. Technicznie wiele elementów autonomii jest już dostępnych. Największą barierą pozostają kwestie bezpieczeństwa oraz odpowiedzialności prawnej. W wielu przypadkach oznacza to konieczność ingerencji w układy sterowania ciągnika, na przykład w system hamulców. W Europie przepisy dotyczące maszyn i pojazdów rolniczych nie zawsze są jednoznaczne. Z jednej strony obowiązuje dyrektywa maszynowa, z drugiej regulacje dotyczące homologacji ciągników.

Choć w pełni autonomiczne gospodarstwo wciąż pozostaje wizją przyszłości, wiele elementów tej technologii funkcjonuje już w praktyce. Dlatego decyzje inwestycyjne podejmowane dziś mogą mieć znaczenie na wiele lat. Bo autonomia w rolnictwie nie pojawi się nagle w postaci jednego robota. Powstaje powoli, z wielu technologicznych elementów, które już dziś trafiają na pola.

tags: #ciagnik #bez #kierownicy